机械手液压系统控制系统设计

目录第一章概述 (4)1.1机械手的概念和分类 (4)1.2设计要求 (5)第二章JS01工业机械手液压系统工作原理及特点 (6)2.1液压系统的特点 (6)2.2液压系统的工作原理 (6)2.3液压系统图及电磁铁动作顺序表 (10)第三章继电器—接触器控制线路设计 (12)3.1控制线路的设计遵循的原则及方法 (13)3.2继电器—接触器控制线路 (15)3.3低压电器的选择 (19)第四章可编程控制器PLC控制系统的设计 (23)4.1可编程控制器的简介及应用 (23)4.2可编程控制器的特点 (24)4.3可编程控制器控制系统设计的基本原则 (25)感言 (29)参考文献 (30)第一章概述1.1机械手的概念和分类机械手，英文名mechanical hand，是指能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。

它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。

机械手一般由执行机构、驱动系统、控制系统及检测装置三大部分组成，智能机械手还具有感觉系统和智能系统。

驱动系统多数采用电液(气)机联合传动。

机械手的种类，按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。

机械手通常用作机床或其他机器的附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件，在加工中心中更换刀具等，一般没有独立的控制装置。

有些操作装置需要由人直接操纵，如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手也常称为机械手。

1.2设计要求机械手一般由执行机构、驱动系统、控制系统及检测装置三大部分组成，智能机械手还具有感觉系统和智能系统。

驱动系统多数采用电液（气）机联合传动。

JS01工业机械手属于圆柱坐标式、全液压驱动机械手，具有手臂升降、伸缩、回转和手腕回转四个自由度。

执行机构相应由手部、手腕、手臂伸缩机构、手臂升降机构、手臂回转机构和回转定位装置等组成，每一部分均由液压缸驱动与控制。

它完成的动作循环为：插定位销→手臂前伸→手指张开→手指夹紧抓料→手臂上升→手臂缩回→手腕回转180o→拔定位销→手臂回转95 o →插定位销→手臂前伸→手臂中停（此时主机的夹头下降夹料）→手指松开（此时主机夹头夹着料上升）→手指闭合→手臂缩回→手臂下降→手腕回转复位→拔定位销→手臂回转复位→待料，泵卸载。

第二章JS01工业机械手液压系统工作原理及特点2.1 液压系统的特点该液压系统的特点归纳如下：1）系统采用了双联泵供油，额定压力为6.3MPa，手臂升降及伸缩时由两个泵同时供油，流量为（35+18）L/min，手臂及手腕回转，手指松紧及定位缸工作时，只由小流量泵2供油，大流量泵1自动卸载。

由于定位缸和控制油路所需压力较低，在定位缸去路上串联有减压阀8，使之获得稳定的1.5～1.8MPa压力。

2）手臂的伸缩和升降采用单杆双作用液压缸驱动，手臂的伸出和升降速度分别由单向调整阀15、13和11实现回油节流调速；手臂及手腕的回转由摆动液压缸驱动，其正反向运动亦采用单向调速阀17和18、23和24回油节流调速。

3）执行机构的定位和缓冲是机械手工作平稳可靠的关键。

从提高生产率来说，希望机械手正常工作速度越快越好，但工作速度越高，启动和停止时的惯性力就越大，振动和冲击就越大，这不仅会影响到机械手的定位精度，严重时还会损伤机件。

因此为达到机械手的定位精度和运动平稳性的要求，一般在定位前要采取缓冲措施。

该机械手手臂伸出、手腕回转由死挡铁定位保证精度，端点到达前发信号切断油路，滑行缓冲；手臂缩回和手臂上升由行程开关适时发信号，提前切断油路滑行缓冲并定位。

此外，手臂伸缩缸和升降缸采用了电液换向阀换向，调节换向时间，亦增加缓冲效果。

由于手臂的回转部分质量圈套，转速较高，运动惯性矩圈套，系统的手臂回转缸除采用单向调速阀回油节流调速外，还在回油路上安装有行程和节流阀19进行减速缓冲，最后由定位缸插销定位，满足定位精度要求。

4）为使手指夹紧缸夹紧工件后不受系统压力波动的影响，保证牢固地夹紧工件，采用了液控单向阀21的锁紧回路。

5）手臂升降缸为立式液压缸，为支承平衡手臂运动部件的自重，采用了单向顺序阀12的平衡回路。

2.2 液压系统的工作原理1、插定位销（1、12）按下油泵起动按钮后，双联叶片泵1、2同时供油，电磁铁1Y、2Y带电，油液经溢流阀3和4至油箱，机械手处于待料卸荷状态。

当棒料到达待上料位置，启动程序动作。

电磁铁1Y带电，2Y不带电，使泵1继续卸荷，而泵2停止卸荷，同时12Y通电，液压油流入定位缸左腔，定位销定位。

进油路：泵2→单向阀6→减压阀8→单向阀9→二位二通阀25（右）→定位缸左腔。

回油路：此时，插定位销以保证初始位置准确。

定位缸没有回油路，它是依靠弹簧复位的。

2、手臂前伸（5、12）插定位销后，此支路系统油压升高，使继电器K26发讯，接通电磁铁5Y，泵1和泵2经相应的单向阀汇流到电液换向阀14左位，进入手臂伸缩缸油腔。

进油路：泵1→单向阀5→三位四通电液换向阀14（左）→手臂伸缩缸右腔泵2→单向阀6→单向阀7→三位四通电液换向阀14（左）→手臂伸缩缸右腔回油路：手臂伸缩缸左腔→15的调速阀→三位四通电液换向阀14（左）→油箱3、手指张开（1、9、12）手臂前伸至适当位置，行程开关发讯，电磁铁1Y、9Y带电，泵1卸载，泵2供油，经单向阀6，电磁阀20左位，进入手指夹紧缸右腔。

当系统的液压压力到了打开液控单向阀21后，油从左腔通过液控单向阀21及电磁阀20左位进入油箱。

进油路：泵2→单向阀6→电磁阀20（左）→手指夹紧缸右腔回油路：手指夹紧缸左腔→液控单向阀21→电磁阀20（左）→油箱4、手指抓料（1、12）手指张开后，时间继电器延时。

待棒料由送料机构送到手指区域时，继电起器发讯使9Y断电，泵2的压力油通过电磁阀20（右位）进入缸的左腔，使手指夹紧棒料。

进油路：泵2→单向阀6→电磁阀20（右）→液控单向阀21→手指夹紧缸左腔回油路：手指夹紧缸右腔→电磁阀20（右）→油箱5、手臂上升（3、12）当手指抓料后，手臂上升。

此时，泵1和泵2同时供油通过电液换向阀10（左）进入手臂升降缸。

进油路：泵1→单向阀5→三位四通换向阀10（左）→11的单向阀→12的单向阀→手臂升降缸下腔泵2→单向阀6→单向阀7→电液换向阀10（左）→11的单向阀→12的单向阀→手臂升降缸下腔回油路：手臂升降缸上腔→13的调速阀→三位四通换向阀10（左）→油箱6、手臂缩回（6、12）手臂上升至预定位置，碰行程开关，3Y断电，电液换向阀10复位，6Y带电。

泵1和泵2一起供油至电液换向阀14右端，压力油通过15的单向调速阀进入伸缩缸左腔，而右腔油液经阀14右端回油箱。

进油路：泵1→单向阀5→电液换向阀14（右）→15的单向调速阀→手臂伸缩缸左腔泵2→单向阀6→单向阀7→电液换向阀14（右）→15的单向调速阀→手臂伸缩缸左腔回油路：手臂伸缩缸右腔→电液换向阀14（右）→油箱7、手腕回转（1、10、12）当手臂上的碰块碰到行程开关时，6Y断电，电液换向阀14复位，1Y、10Y 通电。

此时，泵2单独供油至电液换向阀22左端，通过24的单向阀进入手腕回转油缸，使手腕回转。

进油路：泵2→单向阀6→电液换向阀22（左）→24的单向阀→手腕回转缸回油路：手腕回转缸→23的调速阀→电液换向阀22（左）→油箱8、拔定位销（1）当手腕上的碰块碰到行程开关时，10Y、12Y断电，电液换向阀22和二位二通换向25复位，定位缸油液经阀25左端回油箱，弹簧作用拔定位销。

进油路：定位缸没有进油路，它是在弹簧作用下前进的回油路：定位缸左腔→阀25（左）→油箱9、手臂回转（1、7）定位缸支路无油压后，压力继电器K26发讯，接通7Y。

泵2的压力油进入阀6经换向阀16左端通过单向调速阀18最后进入手臂回转缸，使手臂回转。

进油路：泵2→单向阀6→换向阀16（左）→单向调速阀18→手臂回转缸回油路：手臂回转缸→单向调速阀17→换向阀16（左）→行程节流阀19→油箱10、插定位销（1、12）当手臂回转碰到行程开关时，7Y断电，12Y重又通电，液压油流入定位缸左腔，定位销定位。

进油路：泵2→单向阀6→减压阀8→单向阀9→二位二通阀25（右）→定位缸左腔。

此时，插定位销以保证初始位置准确。

定位缸没有回油路，它是依靠弹簧复位的。

11、手臂前伸（5、12）插定位销后，此支路系统油压升高，使继电器K26发讯，接通电磁铁5Y，泵1和泵2经相应的单向阀汇流到电液换向阀14左位，进入手臂伸缩缸油腔。

进油路：泵1→单向阀5→三位四通电液换向阀14（左）→手臂伸缩缸右腔泵2→单向阀6→单向阀7→三位四通电液换向阀14（左）→手臂伸缩缸右腔回油路：手臂伸缩缸左腔→15的调速阀→三位四通电液换向阀14（左）→油箱12、手臂中停（12）当手臂前伸碰到行程开关后，5Y断电，伸缩缸停止动作，确保手臂将棒料送到准确位置处，“手臂中停”等主机夹头夹紧棒料，夹头夹紧棒料后，时间继电器发讯。

13、手指张开（1、9、12）接到继电器信号后，1Y、9Y通电，手指张开同3。

并启动时间继电器延时，主机夹头移走棒料后，继电器发讯。

14、手指闭合（1、12）接继电器信号，9Y断电，手指闭合，泵2的压力油通过电磁阀20（右位）进入缸的左腔，使手指夹紧棒料。

进油路：泵2→单向阀6→电磁阀20（右）→液控单向阀21→手指夹紧缸左腔回油路：手指夹紧缸右腔→电磁阀20（右）→油箱15、手臂缩回（6、12）当手指闭喝后，1Y断电，使泵1和泵2一起供油，同时6Y通电，泵1和泵2一起供油至电液换向阀14右端，压力油通过15的单向调速阀进入伸缩缸左腔，而右腔油液经阀14右端回油箱。

进油路：泵1→单向阀5→电液换向阀14（右）→15的单向调速阀→手臂伸缩缸左腔泵2→单向阀6→单向阀7→电液换向阀14（右）→15的单向调速阀→手臂伸缩缸左腔回油路：手臂伸缩缸右腔→电液换向阀14（右）→油箱16、手臂下降（4、12）手臂缩回碰到行程开关，6Y断电，4Y通电。

此时，电液换向阀10右端动作，压力油经阀10和单向调速阀13进入升降缸上腔。

进油路：泵1→单向阀5→阀10（右）→阀13→手臂升降缸上腔泵2→阀6→阀7→↑回油路：手臂升降缸下腔→阀12→阀11→阀10（右）→油箱17、手腕反转（1、11、12）当升降导套上的碰铁碰到行程开关时，4Y断电，1Y、11Y通电。

泵2供油至阀22右端，压力油通过单向调速阀23进入手腕回转缸的另一腔，并使手腕反转。

进油路：泵2→阀6→阀22（右）→单向调速阀23→手腕回转缸回油路：手腕回转缸→单向调速阀24→阀22（右）→油箱18、拔定位销（1）手腕反转碰到行程开关后，11Y、12Y断电。